基于最小二乘法的相位式激光测距仪

针对传统便携式激光相位测距仪测量精度较低和实时性不够的缺点,设计了一款高精度快速相位式激光测距仪.首先由ARM芯片对回波信号采样并使用最小二乘法求解信号相位;然后根据粗测尺求得待测目标的模糊距离,计算不同频率信号的周期差,构建超定方程组;最后应用最小二乘法求解出待测距离.对2台测距样机和1台K60测距仪在精度为0.18mm的国家标准基线上进行测距比较试验,结果表明:测距仪的平均测量误差不大于0.95mm,标准不确定度不大于0.50mm,平均测距时间不大于1.55s,测距精度和测距速度比K60测距仪都有了较大提升,满足市场上测距仪误差小于2mm和测距时间小于3s的应用要求.     

一种光纤组量程扩增的激光频率扫描干涉绝对测距系统

为解决激光频率扫描干涉(FSI)测距系统随着目标距离增大测量精度下降的问题,提出了一种利用光纤组量程扩增技术实现大尺寸绝对测距的精度补偿方法。采用参考光路光程可变递增的方法,建立了光纤组量程扩增的激光频率扫描干涉绝对测距系统,通过FSI原理实现了量程扩增部分光程差的自标定。对应不同测量目标,通过粗测和精确测量,实现了系统原点自标定、光纤通道切换和目标值的精确测量。实验结果表明,在测量距离大于3 000mm后,光纤组量程扩增测距系统具有更高的绝对距离测量重复精度,在6 700mm目标位置的绝对距离重复精度比FSI测距系统的重复精度提高了2.4μm,并且在大尺寸测量方面更具有一定的优势。     

基于支持向量机回归的曲面零件涡流测距标定方法

以燃料贮箱筒段外表面聚氨酯泡沫层厚度测量精度要求为例,开展4种常见曲率筒段试件标定试验;提出基于支持向量机回归的涡流测距标定方法,建立提离距离预测模型(LDPM),用于曲面零件涡流测距;研究曲率对涡流测距测量误差的影响规律.根据测量误差产生的原因将测量误差分为两部分:表面曲率误差和其他误差,分析误差分量在传感器量程范围内相对大小的变化规律,为曲面测量误差补偿提供参考依据.此外,对比分析LDPM与常用标定方法获得的标定函数在测量精度、计算速率方面的优劣,为曲面零件涡流测距选用何种标定方法提供建议.研究结果表明:LDPM在传感器量程初始阶段,表面曲率误差对曲率不敏感;在量程中点附近,表面曲率误差绝对值随着曲率的增加,先减小后上升;在终点区域,表面曲率误差绝对值随着曲率的增加而上升.在整个量程范围内的不同测量区间,其他误差保持不变.此外,LDPM可以将测量误差控制在[-0.5, 0.5] mm,精度与5项多峰高斯拟合相当,高于4次多项式拟合,能够满足厚度测量精度要求,无损检测操作方便.     

大量程光纤准白光干涉绝对测距技术

提出了一种新型光纤准白光干涉测距系统,系统由定位干涉仪和扫描干涉仪两部分组成,将目标的定位过程和测量过程分开,可实现绝对距离测量。同时,在定位干涉仪中加入光开关和多组已精确标定、具有不同光程差的光纤组,完成两级多次量程倍增,使得系统可只利用短扫描导轨(如200mm)进行大量程(10m以上)、高精度(相对精度可达10~(-5)量级)的绝对测距。     

双目视觉变焦测距技术

双目视觉测距是根据视差原理,将三维空间求深度信息的问题转化成二维空间求视差.提出一种改进的变焦测距方案,使得传统双目视觉测距系统的测量范围得到更好的延展性,测量精度有了更好的自适应性.提出测距系统的“灵敏度”定义,它是决定系统有效量程和测量精度的重要指标.根据灵敏度函数的具体标定,提出自适应的变焦测距策略,在实际的测量应用测试中已收到较好的效果.     

基于双探测器的手持式激光测距仪系统设计与实现

针对传统激光测距仪测距精度低、成本高以及速度慢等问题,设计一种基于双探测器的手持式激光测距仪。该测距仪使用分束镜实现光路内校准,设计检相电路将信号相位转变为带有相位信息的直流电平,并使用CORDIC数字计算方法求解相位,最后应用基于超定方程组的测距解模糊算法求解待测距离,对3台双探测器测距仪和2台K60测距仪以精度0.18 mm进行测距比较试验。研究结果表明:与传统测距仪相比,光路内校准可以消除电路附加相移,检相算法简单快速,解模糊避免对最优距离的搜索,因此提高了测距精度和测距速度。在0~60 m的测程内,3台双探测器测距仪的平均测距时间小于1.8 s,平均测量误差小于2 mm,测量标准差小于1 mm。与K60系列测距仪相比,双探测器测距仪测距精度和测距速度都有较大提升,验证了该设计方案的可靠性。     

具有语音功能的RCL测试仪设计

本系统以凌阳16位微控制器SPCE061A为核心,拥有全程图形中文菜单操作环境,并可通过语音指令进行操作,同时测量结果可设置为语音播报,测量精度较高,量程范围内自动切换,实现了仪器的自动化.主要特点:(1)量程范围大(电阻50欧～2M,电容1p～1u,电感5uH～100mH),精度较高,刷新率高,每秒2次.(2)电容,电感测试基于LC振荡器,通过巧妙设计,精度只取决于一只高精度电容.(3)电阻测量基于555多谐振荡器,并通过经验公式修正,精度高.(4)可语音指令控制.(5)大屏摹LCD显示,全程中文菜单操作环境,功能强大,使用方便.     

基于Kalman滤波的量程自适应超声波测距

针对移动式机器人障碍物探测时,超声波测距存在大量程与小盲区之间的矛盾及测量周期长的问题.设计了易于控制的超声波测距系统,采用基于Kalman滤波的量程自适应测量方法.为系统设定多级量程,在实际跟踪测量时,利用Kalman滤波器对目标的状态进行预测,通过预测值与设定阈值的比较进行量程的自适应切换,调整系统的测量参数.实验结果表明,该方法在增大量程的同时减小了盲区,实现了在大动态范围内对目标动态参数的准确估计,同时缩短了平均测量周期,增强了系统的实时性.     

一种高精度超声波测距仪的设计与实现

在传统超声波测距基础上,结合硬件和软件两方面的控制,提出一种高精度超声波测距系统。在超声波发射部分创新性的使用MAX232芯片,缩小盲区;在信号放大部分添加时间增益补偿(TGC)电路,有效地解决远距离回波信号过于微弱而导致系统测量量程减小的难题;在接收部分采用双电压比较器整形电路并结合软件设计纠正回波前沿的方法来提高测量精度。同时在硬件上增加温湿度传感器SHT11,采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正,实现实时声速测量的功能,以降低声速变化对测量的影响。实验表明,该测距仪的设计能够实现减小盲区,增大量程（2cm-4m）,量程范围内误差控制在6mm以内的高精度测距要求。     

基于OOK体制的激光统一测控系统设计与实现

激光统一测控系统采用激光链路同时实现高速通信、高精度测距和时钟同步.为了实现激光统一测控系统,根据异步应答测距方法,设计研制了基于OOK体制的激光统一测控系统原理样机,样机包含两套激光模拟终端,分别向对方发送包含测量数据帧的激光调制信号,并记录发送测量数据帧和接收测量数据帧的本地钟时间,据此计算得到距离、钟差、相对频差的测量结果.样机有线对接试验表明,在码率为2.5 Gbit/s的双向激光通信条件下,测距随机误差为6.2 mm,测距系统误差为1.3 mm,钟差测量随机误差为27 ps,相对频差测量随机误差为2.7×10-13.该样机为激光统一测控设备的研制和应用提供了技术支撑.      

大动态范围的环境噪声自动测量仪的研制

研制了一台动态范围为90dB以上的环境噪声自动监测及统计分析仪器。可以适用于声级起伏变化很大的环境噪声和交通噪声的全量程监测,并可以把测量结果和统计分析结果自动显示和打印出来,解决了随机性较强的环境噪声的自动监测问题。仪器內部有两只对数放大器,由于器件特性的限制,每只对数放大器的动态范围约60dB左右,但通过微处理器对双通道对数放大器的交替采样,并经过数据处理,实现了二对数放大器的测量动态范围的自动连接,这样扩大了量程(大于90dB)实现了仪器的全量程测试。     

测量薄膜参数的新型精密仪器PW—Ⅱ型光波导测试仪

“PW—Ⅱ型光波导测试仪”是我国首次研制成功的测量厚膜参数的新型精密仪器。文章介绍了该仪器的测量原理和结构特点。对仪器的测量精度进行了理论分析和数学推导,并采取了相应的技术措施,给出了精确的实测计算结果:薄膜折射率测量精度的绝对值≤1×10~(-4);薄膜厚度测量精度的绝对值≤1×10~(-2)μm。该仪器还可以用来精确测量薄膜的损耗,并能用于各向异性薄膜特性参数的测试与研究。     

用多路取样技术实现对单次波形的测量

本文提出了一种对快速单次波形测量的多路取样方法。并根据这个原理试制了原理性样机——DL—1多路取样仪。本文讨论了它的原理,实现方法,精度及特点。通过测最证明,这台仪器对单次窄脉冲的测量是行之有效的。     

基于地基测量数据的地月L2点探测器轨道确定

CE-5T1是探月工程三期的先导探测器,主要用于验证嫦娥五号(CE-5)飞行过程和再入返回技术,为CE-5任务的顺利实施奠定基础.CE-5T1在执行完主任务之后,又飞向了地月平动点L2,并绕L2点飞行约40 d,是我国第一颗绕地月L2点飞行的探测器.本文利用地基测距测速和VLBI干涉测量数据,对CE-5T1绕L2点飞行期间的轨道进行了定轨计算并分析精度.轨道动力学特征决定了绕L2点飞行的探测器需要采用较长弧段数据以提高定轨精度,而由于不同类型测量数据和轨道之间的几何特征差异,VLBI系统误差对定轨精度的影响要远大于测距系统误差.分析结果表明,综合利用5–7 d的测距测速和VLBI数据,CE-5T1在L2点的定轨后位置和速度精度分别为百米和毫米每秒量级.相关分析结果可以为我国后续执行类似任务的探测器(如CE-4)提供参考.     

数字程控放大器设计与应用

在自动控制系统或智能仪器中 ,如果测量信号的范围比较大 ,为保证必要的测量精度 ,经常采取改变量程的办法。当改变量程时测量放大器的增益也相应地加以改变。这种变化通常是自动进行 ,即不需要人为的改变电路连接 ,而是通过软件实现放大器增益的改变。这样可以实现仪器量程的自动切换。另外 ,通过改变增益的方法使系统功能增强 ,在核测量中 ,稳谱的方法之一就是改变输入信号的放大倍数。这就需要用到数字控制放大器 ,并针对核仪器要解决的具体问题要求放大器的放大倍数在一定范围内变化 ,并且放大倍数调节要求精细。该文提供了这种数控放大的一种设计方案 ,它的放大倍数范围为 9～ 9.999,其倍数的调节步长为 0 .0 0 1倍。     

渐进提高精度的载波相位测距技术

提出了一种静止、可视两目标之间基于载波相位高精度测距技术:第一步,借助GPS、伪随机码相位自主测距或超宽带等辅助测距手段得到一个距离粗测值和测量精度;第二步,基于已有距离粗测值和测量精度选择载波频率对,消除基于载波相位测距时引入的整周模糊度问题,然后基于载波相位双-单边测距技术,并借助伪码相位消除两目标上面载波相位观测时间差,得到一个精度更高的距离测量值;基于新得到的距离测量值和测量精度,重复第二步过程,渐进提高测距精度直到满足需要的精度为止。理论分析和现有工程技术实现表明,最终测距精度可达微米级。     

大跨径桥梁挠度测量新方法研究

提出了一种以测量机器人为采集器,通过获取合作目标的几何信息进行桥梁挠度测量的新方法,从测量系统误差、偶然误差两个方面分析了测量机器人的测角及测距误差,并探讨了竖直角、视距对挠度测量误差的影响,同时依据最小二乘原理分析了该方法的测量精度.经分析得知:如果仪器至后视点距离小于150 m,至目标点距离小于200 m,挠度测量精度将优于±1 mm.在实际工程中,该方法测量的挠度值与电子水准仪测量的挠度值差异小于0.22 mm,相对误差小于3.3%,表明该方法在大跨径桥梁检测中完全能满足测试要求.     

智能四探针电阻率测试仪的研制

从教学实际需要出发,在分析影响四探针电阻率测试仪精度的几个主要因素的基础上,应用微电子技术与嵌入式系统,研制出了智能四探针电阻率测试仪。实际工作表明:该仪器具有自动切换量程、稳定性好的特点;具有PC机接口;功耗小于6 W;误差为±0.5%;测量范围:0.025-2 500 Ω·cm;自动显示小数点和单位.     

精密测距三角高程精度分析及高程混合网定权

推导了对向精密测距三角高程计算公式,并分析了对向精密测距三角高程主要误差的影响规律,从而说明竖直角测量和大气垂直折光差是精密测距对向三角高程的主要误差源;在精密测距三角高程精度估算中,提出了往返折光系数差的计算模型及其精度估算方法;分析说明了,采用实测数据计算测距三角高程的垂直折光系数差,可以有效地估算垂直折光系数差的精度.在精密高程混合网的平差中,提出基于各段测距三角高程估算精度的定权方案.最后通过对高程控制网实测数据的计算结果的比较分析,验证了精密测距三角高程精度的分析方法和定权方案的合理性,说明在精密高程混合网中不宜采用长距离的三角高程测量.     

基于电磁波的大型建筑物变形遥测方法量程拓展

为了在保持测量精度不变的情况下提高基于电磁波测量建筑物变形方法的测量量程,提出了对中频信号N分频从而将测量范围提高N倍的方法.经过仿真,该方法能够正确计算出测量过程中目标形变量超出测量量程的情况,解决了测量精度与量程之间的矛盾,在实际应用中具有重要的价值.